[發明專利]一種重載鐵路橋梁橋墩橋臺縱向力分析優化方法

有效

• 申請號: 201810398165.7
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108595852B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 高亮;魏峰;侯博文;肖宏;劉心成;姜涵文;曾欽娥;張獻恒;王藝臻;邵壯
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;中國鐵路總公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;白淑賢

本發明公開一種重載鐵路橋梁的橋墩橋臺縱向力分析優化方法，該方法不僅可以用于各種類型鐵路橋梁的設計工作中，也可以應用到既有鐵路橋梁的檢算工作中。本發明所提供的方法，可以確定列車運行過程中各個橋墩所受縱向力的變化區間和極限荷載，在設計工作中采用合理的參數配置滿足橋梁縱向受力的規范要求，根據各橋墩橋臺的受力占比區間，確定重載列車對橋梁縱向作用力限值，對規范中鐵路橋梁列車起動/制動荷載取值提供合理建議，從而對重載列車的安全運行提供保障。

技術領域

本發明涉及鐵路橋梁領域，具體地，涉及一種重載鐵路橋梁的橋墩橋臺縱向力分析優化方法。

背景技術

鐵路重載運輸在集中、大宗、長距離的貨物運輸方面具有明顯的經濟優勢，其效益已由國內外鐵路運輸行業的業績所證實。繼大秦、朔黃等重載線路上成功運行25t重載列車后，我國已經成功規劃并開通運行一系列設計軸重30t及以上的重載運輸通道，如張唐、山西中南和蒙華鐵路煤運通道等，標志著我國的重載鐵路建設進入了迅速發展的階段。

長編組、大軸重是重載列車的典型特征。隨著大功率交流傳動機車的應用，機車牽引力顯著提升，大大提高了運輸效率，但由于軸重及起動/制動黏著系數的增大，不可避免會增大對線路以下及下部橋梁的縱向作用力。隨著重載運輸的發展，重載鐵路年運量不斷提高，列車軸重越來越高，這就要求重載鐵路橋梁的承載能力和剛度也越來越大，才能保證列車安全平穩通過橋梁，通過對重載鐵路橋梁縱向力分布規律的研究，準確評價既有重載鐵路橋梁服役狀態和提高軸重的適應性，針對提高軸重提出最優的加固改造方案，是我國重載運輸發展的迫切需求。

目前，根據我國現行規范中規定列車作用于橋梁的縱向作用力按豎向荷載10％進行選取，且不區分列車的制動力和機車的牽引力。以往研究成果表明，由于運營活載與設計活載間的差異、列車同步性相對較差、牽引質量相對較低等因素的綜合作用，按上述選取可以滿足軸重23t及以下的線路及橋梁設計。但隨著列車軸重的提高，牽引質量的增大，原有的設計方法已經嚴重低估了目前重載運輸條件下的列車縱向作用，不再具備較大的安全儲備量。作用于橋梁的縱向設計荷載限值偏低會引發橋梁支座和下部結構病害，縮短橋梁及下部基礎的服役壽命，嚴重時甚至將危及行車安全。

因此，開展車—線—橋縱向相互作用研究，探討大軸重條件下重載鐵路橋梁橋墩的縱向力分布特征，提出適用于現行30t軸重及以上運行條件的縱向荷載及限值十分必要。

發明內容

有鑒于此，本發明采用下述技術方案：

本發明提供一種重載鐵路橋梁的橋墩橋臺縱向力分析優化方法，包括：

S1：根據現場實測的不同工況參數，對應建立多個重載鐵路軌道-橋梁-橋墩及橋臺空間有限元模型；

S2：依次對該些模型施加列車荷載，提取列車過橋過程中的橋梁參數，分析對應每個模型的橋上重載鐵路受力變形規律；

S3：根據每個所述受力變形規律繪制對應的墩臺受力包絡圖，結合該對應的墩臺受力包絡圖，確定該工況參數下列車運行過程中各位置的荷載，并根據各橋墩和橋臺的荷載和跨長，繪制橋墩和墩臺的受力占比圖；

S4：根據所述受力占比圖判斷橋梁參數是否合理，其中，當判斷結果為不合理時，調整與該工況對應建立的有限元模型參數；

S5：根據每個工況參數下的判斷結果為合理的有限元模型，建立不同工況參數下橋墩和墩臺的受力占比數據庫；

S6：根據所述受力占比數據庫分析橋墩和橋臺所承受縱向力所占豎向荷載的占比范圍，并依此設定橋墩和橋臺受力的合理規范限值。

優選地，所述工況參數包括：橋梁軌道結構幾何尺寸和物理參數；

其中，橋梁軌道結構幾何尺寸包括：鋼軌尺寸、軌枕尺寸、橋梁截面尺寸、橋長和每跨的長度尺寸、梁縫尺寸；